新材料在紫外线下展现超强自修复能力

2011-1-14 10:02 来源: 中国科学院
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  割伤的皮肤、断裂的骨骼会随着时间自动愈合,而汽车喷漆的刮痕、飞机机翼的裂缝却没这种能力。据美国物理学家组织网1月12日报道,最近科学家研究出一种具有自修复能力的材料,只需紫外线照射就能重新长在一起,大大提高了产品的耐用性,也更容易维修。近日出版的德国国际专业杂志《应用化学》对这种材料进行了详细介绍。

  以前开发的自我修复材料中,有些是其中包含有微小的胶囊,当材料遭到损坏时,胶囊会裂开并释放出一种化学作用剂,对材料进行一次性修复;还有的材料是含有一些凝胶物,虽然也能重复地进行自我修复,但修复后的材料强度和稳定性都不如以前。

  现在,美国卡内基·梅隆大学和日本九州大学研究人员合作,共同开发出一种聚合物,经紫外线照射,不仅能多次自我修复,还可让完全分离的碎片重新长在一起。其原理是原子之间能反复地形成共价键,使修复后的材料既强韧又稳定。

  这种新型聚合物材料是由三硫代碳酸盐(trithiocarbonate)交叉连接而成。碳原子和三个硫原子结合在一起,其中的两个硫原子的第二个键位又跟其他碳原子结合,这样形成的整体结构就具有了特殊的性质:在紫外光照射下能够重组。光照会使三硫代碳酸盐中的一个碳—硫键断裂,生成两个根(拥有一个不成对的自由电子的分子)。这种根非常活泼,很容易跟其他的三硫代碳酸盐发生反应形成新的碳—硫键,打破其他分子键同时又产生更多更自由的根。这种链式反应会一直进行,直到两个根再次互相反应才停止。

  实验中,研究人员将聚合材料浸入液体内,或切成大块儿,反应都能顺利进行。将切开的边缘紧密地压在一起,用紫外线照射,边缘处会通过根的重组而长在一起。即使切成小碎片,只要把碎片压在一起进行照射,也能融合成一片完整的材料。由于同一片材料能反复地进行这种自我修复,它也能作为一种新型的可循环利用产品。